（1）CPU（微處理器）AT89S51微控制器中有1個8位的CPU，與通用的CPU基本相同，同樣包括了運算器和控制器兩大部分，此外還有面向控制的位處理功能。（2）資料儲存器（RAM）片內為128B（增強型的52子系列為256B），片外最多可外擴64KB。片內128B的RAM以高速RAM的形式整合在微控制器內，可以加快微控制器執行的速度，而且這種結構的RAM還可以降低功耗。（3）程式儲存器（FlashROM）它用來儲存程式。AT89S51片內整合4KB的Flash儲存器（AT89S52片內則集成了8KB的Flash儲存器，AT89C55片內集成了20KB的Flash儲存器），如果片內程式儲存器容量不夠，片外最多可外擴至64KB。（4）中斷系統具有6箇中斷源，2級中斷優先權。（5）定時器/計數器片內有2個16位的定時器/計數器（增強型的52子系列有3個16位的定時器/計數器），具有4種工作方式。（6）1個看門狗定時器WDT，WDT提供了當CPU由於干擾使程式陷入死迴圈或跑飛狀態時而使程式恢復正常執行的有效手段。（7）序列口1個全雙工的非同步序列口，具有4種工作方式。可進行序列通訊，擴充套件並行I/O口，還可與多個微控制器相連構成多機系統。（8）Pl口、P2口、P3口和PO口4個8位並行I/O口。（9）特殊功能暫存器（SFR）共有26個特殊功能暫存器，用於CPU對片內各功能部件進行管理、控制和監視。特殊功能暫存器實際上是片內各個功能部件的控制暫存器和狀態暫存器，這些特殊功能暫存器對映在片內RAM區80H～FFH的地址區間內。AT89S51完全相容AT89C51微控制器。使用AT89C51微控制器的系統在充分保留原來軟、硬體的條件下，完全可以用AT89S51直接代換。